[发明专利]浓密机底流浓度、泥层高度、内部矿量软测量装置和方法

权利要求书

1.一种浓密机底流浓度、泥层高度、内部矿量软测量方法，运用浓密机底流浓度、泥层高度、内部矿量软测量装置实现，所述软测量装置包括N个压力传感器、电缆、钢缆、和配重；

N个压力传感器均与电缆相连接，电缆固定在钢缆上，钢缆一端固定在浓密机走行架上，另一端与配重相连接；

N个压力传感器用来测量浓密机中不同高度待测试矿浆的压力，压力传感器数目N≥3，第一个压力传感器在待测试矿浆泥水分界面上，第N个压力传感器位于出矿口，中间N-2个压力传感器平均分布在第一个压力传感器与第N个压力传感器之间；

电缆用于传递压力传感器信号，并且固定在钢缆上，使压力传感器在浓密机转动过程中保持垂直，并使压力传感器按不同高度分布在浓密机内同一垂直位置；

钢缆与配重连接，用于保持在浓密机转动过程中垂直位置不变，按照第N个压力传感器所位于的横向位置确定钢缆在浓密机走行架上的横向吊装位置；

N个压力传感器测量待测试矿浆压力建模数据为P'₁,P'₂…,P'_N，待测试的实时压力为P_S1,P_S2…,P_SN，电缆长度与N个压力传感器的高度一致，为h₁,h₂…,h_N，浓密机总高度为H，浓密机底流浓度值C'_UF，泥层高度h，浓密机内部矿量M；其特征在于，所述软测量方法包括如下步骤：

步骤1：采集离线测试浓密机底流浓度值C'_UF，并记录同一时间的N个压力传感器压力建模数据P'₁,P'₂…,P'_N，作为一组数据，共采集k组；

步骤2：对采样数据进行预处理，去掉离群点，若第j组数据的第i个压力值P_i'(j)标准差超过3σ_i即为离群点，则去掉第j组所有数据，σ_i为第i个压力传感器采样数据的总体标准差，公式为式(1)；

其中，k为步骤1中采集的k组数据，为第i个压力传感器的k组压力数据的平均值，P′_i(j)为第j组数据第i个压力传感器采集的压力值；

处理后共有m组数据:

其中，P_N(m)为第m组第N个压力传感器的压力值，c(m)为第m组离线测量得到的底流浓度值；

步骤3：浓密机底流浓度、泥层高度、内部矿量模型辨识，具体包括①、②和③：

①浓密机底流浓度模型辨识，具体步骤由(a)、(b)、(c)、(d)所示：

(a)由步骤2得到的数据求出每2个压力传感器的压力差ΔP，如下式(4)所示，

其中，表示ΔP为m行，N-1列的矩阵；ΔP_NN-1(m)表示第m组第N个传感器和第N-1个传感器的压力差；

(b)由压力差ΔP求出每2个压力传感器间矿浆的平均密度如下公式(5)所示：

其中，表示为m行，N-1列的矩阵，g＝9.8N/kg，△h为△h₂₁,△h₃₂,…,△h_NN-1组成的对角矩阵△h＝diag(△h₂₁,△h₃₂,…,△h_NN-1)，其中，△h_NN-1为压力传感器N和压力传感器N-1的高度差，△h_NN-1＝h_N-h_N-1；

(c)由矿浆的平均密度得出每2个压力传感器间矿浆的平均浓度如下公式(6):

其中，表示为m行，N-1列的矩阵，ρ₀为精矿干矿密度，为常数；

(d)由平均浓度与步骤2中预处理后的浓密机底流浓度值辨识出浓密机底流浓度模型，其中输入为每2个压力传感器间矿浆的平均浓度输出为离线测试的浓密机底流浓度值C'_UF，用最小二乘拟合、多项式拟合的方法，以辨识误差最小为原则，辨识出每2个压力传感器间平均矿浆浓度与底流浓度的函数关系，如下公式(7)：

②泥层高度模型辨识，具体步骤为(a)、(b)和(c)：

(a)通过浓密机的机理知识可知，浓密机内的浓度分布为幂函数，如式(8):

其中，b₁,b₂,b₃为函数参数，h为测量点距浓密机液面的距离，C(h)为深度为h处的浓度；

(b)辨识函数参数b₁,b₂,b₃：

参数辨识数据为：浓度数据深度数据其中，为第N个压力传感器和第N-1个压力传感器间的平均浓度，通过式(6)求得，C_UF为浓密机底流浓度，为第N个压力传感器和第N-1个压力传感器中间位置到液面的深度，H为浓密机底部到液面的深度也是浓密机总深度；由浓度数据C_d和深度数据h_d，并利用非线性拟合方法拟合式(8)的参数b₁,b₂,b₃，其中，在公式(8)中C(h)由浓度数据C_d作为参数辨识数据，h由深度数据h_d作为参数辨识数据；

(c)计算浓密机的泥层高度：

改写式(8)，得到浓密机的泥层高度公式，如公式(9)所示：

通过②(b)中辨识参数b₁,b₂,b₃和公式(9)，当人工给出浓密机中对应高度的浓度值时，求出不同浓度在浓密机内的位置，即求出浓密机的泥层高度；

③浓密机内部矿量模型：

内部矿量软测量模型计算公式如下：

其中，S(h)＝πr²(h)，r(h)为深度h与深度h处浓密机半径的关系，根据浓密机的尺寸得到；H为浓密机总高度；ρ₀为精矿干矿密度，为常数；C(h)为深度h的矿浆浓度，由步骤②得出浓密机的泥层高度h，再由公式(8)得到对应深度的矿浆浓度C(h)；

步骤4：待测矿浆浓密机底流浓度、泥层高度、内部矿量计算：

(a)计算浓密机底流浓度实时值：

通过压力传感器检测待测矿浆实时压力P_S1,P_S2…,P_SN，根据式(4)、(5)、(6)、(7)计算出浓密机底流浓度实时值；

(b)辨识泥层高度模型参数并计算出泥层高度：

根据实时压力数据P_S1,P_S2…,P_SN和式(4)、(5)、(6)求出两压力传感器间的平均浓度，按照步骤②(b)辨识出泥层高度实时模型参数，人工给出浓密机中对应高度的浓度值，根据公式(9)求出浓密机的泥层高度；

(c)计算内部矿量：

根据步骤4(b)中浓密机泥层高度值和公式(8)，计算出矿浆浓度C(h)，其中，公式(8)中函数参数b₁,b₂,b₃，使用步骤4(b)中辨识出的泥层高度实时模型参数，将计算出的矿浆浓度C(h)，代入公式(10)得到内部矿量数据。